沖乎爾水電站廠房尾水管結(jié)構(gòu)計算王瑞華概要

【剖析研究】沖乎爾水電站廠房尾水管結(jié)構(gòu)計算123王瑞華，周俊伶，王文山（1．新疆水利水電勘察設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000；2．新疆水文水資源局水文實(shí)驗(yàn)站，新疆烏魯木齊830000；3．新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆烏魯木齊830000）〔摘要〕水電站廠房尾水管桿件截面尺寸較大，按彈性地基上的框架進(jìn)行內(nèi)力計算，并考慮節(jié)點(diǎn)剛域的影響，進(jìn)行斷面及配筋設(shè)計。中圖分類號：TV741文章表記碼：B文章編號：1009－0088（2012）06－0020－02〔重點(diǎn)詞〕尾水管;彈性地基;節(jié)點(diǎn)剛性;計算尾水管是沖乎爾水電站廠房水下部分的主要承重結(jié)構(gòu)之一，它的內(nèi)部形狀和尺寸由水輪體制造廠經(jīng)過水力模型試驗(yàn)確立。為了減少水力損失和廠房開挖量，本電站采納彎形尾水管。尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容是確立四周混凝土尺寸，進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力剖析和截面設(shè)計。計算原則尾水管是一個形狀復(fù)雜和桿截面尺寸較大的空間結(jié)構(gòu)，在理論上要進(jìn)行精準(zhǔn)計算是十分困難的。所以，在計算中作以下一些簡化和假設(shè)。（1）假設(shè)尾水管按平面框架計算，其計算跨度不可以按一般桿件系統(tǒng)取桿件中心到中心進(jìn)行計算。（2）因?yàn)槲菜軛U件截面尺寸較大，跨高比小，框架計算考慮節(jié)點(diǎn)剛性的影響。節(jié)點(diǎn)剛性段的長度取節(jié)柔性段的長度取凈跨。點(diǎn)寬度之半，（3）尾水管框架各構(gòu)件相對剛度比較靠近，按彈性地基上的框架計算，并考慮側(cè)移影響。荷載尾水管的荷載有自重，蝸殼傳來的設(shè)施和混凝土重量，上部排架柱腳或擋水墻傳來的荷載。此中，包含吊車起吊最重件時的荷載。內(nèi)水壓力及水重，外水壓力，包含擴(kuò)散段尾端頂板上水重、邊墩的外水壓力及相應(yīng)的底板揚(yáng)壓力。計算截面本電站尾水管主要由錐管段、彎管段和擴(kuò)散段組計算工況尾水管結(jié)構(gòu)計算按承載能力極限狀態(tài)和正常使用成。彎管段指自中間隔墩的墩頭至錐管以下這段，該段結(jié)構(gòu)特色是頂板很厚，底板相對較薄，而兩邊墩在水平方向?yàn)樽兒穸?，?shí)為一復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，要精準(zhǔn)計算其應(yīng)力是很困難的，但為大塊體混凝土，采納結(jié)構(gòu)配筋即可知足要求。擴(kuò)散段是指彎管段末至尾水管出口部分，該段內(nèi)截面沿水流方向漸漸變化，由圓形漸變?yōu)闄E圓、至出口部位為矩形。因?yàn)槲菜軘U(kuò)散段的頂板厚度、孔口高度和荷載散布在順流方向均有變化，故計算極限狀態(tài)分別進(jìn)行計算，承載能力極限狀態(tài)存在長久狀況、短暫狀況和有時狀況三種工況，正常使用極限狀態(tài)存在長久狀況和短暫狀況兩種工況（見《水電站廠）。尾水管的出口段設(shè)有檢房設(shè)計規(guī)范SL266－2001》修閘門，檢修時尾水管內(nèi)的水要抽閑，故應(yīng)力以檢修狀況作為控制工況。尾水管考慮在正常尾水位時檢修。截面選用3個。選用擴(kuò)散段開端截面、排架柱腳（墻腳）下邊和尾水管出口截面等作為計算截面。在有中墩的狀況下，在中墩起點(diǎn)的截面因?yàn)榭缍鹊耐蛔?，此處結(jié)構(gòu)應(yīng)力會比其他截面大好多，所以，此截面會成為控制斷面。m，凈跨8．081m。邊墻厚度4．2m，凈跨1．95m。構(gòu)件截面尺寸較大，考慮節(jié)點(diǎn)剛域影響，水平方向構(gòu)件截面寬取為7．83m，豎向構(gòu)件截面寬取為31m，見圖2。計算方法尾水管擴(kuò)散段為多孔框架，取整個框架進(jìn)行剖析。圖2荷載與構(gòu)件尾水管主要按彈性地基上的框架計算方法進(jìn)行，采納《水利水電工程設(shè)計程序集PC1500》中的“帶斜桿帶，彈性地基梁的平面框架內(nèi)力及配筋計算程序G－14”將尾水管框架簡化為平面桿系結(jié)構(gòu)的有限元法計算，此中，部分桿件考慮基巖彈性抗力。此法在計算過程中主要以下幾點(diǎn)。（1）結(jié)構(gòu)中既有一般的桿單元，又有彈性地基梁單元。與基礎(chǔ)相接觸部位單元簡化為彈性地梁單元，其他為一般桿單元。（2）基礎(chǔ)地基彈性抗力系數(shù)對計算結(jié)果的影響很其物理意義為在單位面積上使基礎(chǔ)壓縮單位長度大，所需的力，不一樣種類的巖體其弾性抗力值差異很大，同時，在同一種類巖體也會因節(jié)理裂隙不一樣存在較大差異，所以，一些參數(shù)選用經(jīng)多方論證綜合考慮確立。（3）節(jié)點(diǎn)剛域的影響。因?yàn)闃?gòu)件截面很大，節(jié)點(diǎn)部位轉(zhuǎn)動剛度不容忽略。將剛域構(gòu)件寬度方向的整個框架長度作為截面寬度進(jìn)行計算，這樣算出的結(jié)果與實(shí)質(zhì)受力狀態(tài)較為符合。（4）考慮剛域的特大桿件，其配筋計算結(jié)果僅作參照，不可以為實(shí)質(zhì)工程使用，需要設(shè)計者依據(jù)實(shí)質(zhì)狀況進(jìn)行剖析確立。將其模擬為彈性地基上的平面框架，采納PC1500程序進(jìn)行計算，彎距，見圖3。圖3彎距經(jīng)過受力剖析及結(jié)構(gòu)計算，構(gòu)件斷面尺寸是合理，能知足各樣工況下的受力要求，受力鋼筋采納Φ28@150（Ⅱ級鋼筋），散布鋼筋采納Φ22@200（Ⅰ級鋼筋）。結(jié)論尾水管作為水電站廠房水下部分主要承重結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，受力狀態(tài)也較為復(fù)雜，按平面框架計算作為一種近似計算方法，一般工程能知足設(shè)計要求。但大型機(jī)組或基礎(chǔ)承載力不好時還需采三維有限元的方法進(jìn)行復(fù)核，設(shè)計者進(jìn)行多方向的綜合剖析計算，方能做經(jīng)濟(jì)合理的截面設(shè)計和配筋設(shè)計。（編校：楊亞軍）收稿日期：2012－12－02計算實(shí)例沖乎爾水電站工程裝機(jī)容量4?2